-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Steuerung
einer Reibungskupplung bzw. Kupplung für Kraftfahrzeuge.
-
In
den letzten Jahren wurden zunehmend elektrohydraulisch angetriebene
Steuerungsvorrichtungen zum Betätigen
verschiedener Elemente des Fahrzeug-Antriebsstrangs verwendet, um für den Benutzer
einen besseren Komfort sowie eine bessere Leistung des Kraftfahrzeugs
zu erhalten. Die verschiedenen angetriebenen Steuerungsvorrichtungen werden
durch eine elektronische Steuerungseinheit auf der Grundlage elektrischer
Signale gesteuert, die von Sensoren kommen und Anforderungen vom
Benutzer interpretieren. Unter besonderer Bezugnahme auf die Betätigung der
Reibungskupplung des Getriebes verursacht die elektronische Steuerungseinheit das Öffnen eines
Magnetventils, welches die Fluidversorgung an hydraulische Mittel
steuert, die eine Auslenkung eines Reibungskupplungs-Betätigungselements
steuern, um ein Ausrücken
der letzteren zu verursachen. In dem Fall, auf den sich die vorliegende
Erfindung besonders bezieht, ist die Reibungskupplung eines Typs,
der eine Schwungscheibe, die durch den Kraftfahrzeugmotor in Drehung
versetzt wird, eine Abtriebswelle, welche die Eingangswelle des
Fahrzeuggetriebes ist, und eine Reibscheibe aufweist, die in der
Rotation mit der Abtriebswelle verbunden ist und durch eine Tellerfeder
axial gegen die Eingangsscheibe gedrückt wird, wobei die Tellerfeder
von der Schwungscheibe an einem mittleren Durchmesser von ihr beweglich
gehaltert ist, wobei diese Feder die Reibscheibe in der Nähe eines äußeren Durchmessers
der Feder schiebt und der Betätigung
eines axial beweglichen Betätigungselements an
ihrem inneren Durchmesser unterworfen wird.
-
In
den bekannten Lösungen
enthalten die hydraulischen Mittel zum Steuern des Betätigungselements
einen Master-Zylinder, der über
das oben erwähnte
Steuerungs-Magnetventil mit unter Druck stehendem Fluid versorgt
wird, wobei es sich um ein strömungsproportionales
Magnetventil handelt (d.h. ein Ventil, das nach einer Variation
des an es gelieferten elektrischen Stroms eine Variation des Fluidstroms
verursacht), wobei der oben erwähnte
Master-Zylinder eine Verschiebung an den Kolben überträgt, der eine Bewegung des Reibungskupplungs-Betätigungselements
mittels einer mechanischen Kraftübertragung
verursacht. Die oben beschriebene bekannte Anordnung ist relativ
kompliziert und aufwendig. Außerdem
wird sie weiter dadurch verkompliziert, dass der Master-Zylinder
einem Positionssensor zugeordnet sein muss, der eine Steuerung der
Reibungskupplung derart ermöglicht, dass
die Position des Kupplungsbetätigungselements
zu jeder Zeit bekannt ist. Natürlich
verursacht dieser Positionssensor zusätzliche Kosten und macht aufgrund
seiner Baugröße und seiner
Betriebsbeschränkungen
die Anwendung einfacherer Anordnungen schwierig, wie zum Beispiel
eine Positionierung des hydraulischen Steuerungszylinders direkt
innerhalb des Gehäuses
der Reibungskupplung.
-
Andererseits
ist in den bekannten Lösungen die
Verwendung des Positionssensors unvermeidlich. Dies aufgrund dessen,
dass die Feder, die typischerweise in den Reibungskupplungen des
oben angegebenen Typs verwendet wird, eine Last/Auslenkungs-Charakteristik
hat, bei der jeder Wert der auf die Feder angewendeten Last mehr
als einem Wert der Auslenkung entsprechen kann. Bei den in den bekannten
Lösungen
angewendeten Federn ist es daher nicht möglich, die Betätigung der
Reibungskupplung auf der Grundlage der an das Betätigungselement
angelegten Last zu steuern, und es ist stattdessen notwendig, die
Reibungskupplung auf der Grundlage von Signalen zu steuern, die
durch einen Positionssensor erzeugt werden, was zu Komplikationen
und Nachteilen hinsichtlich der Kosten führt, wie oben erwähnt.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die obigen Nachteile zu überwinden,
indem ein Kupplungssteuerungssystem vorgesehen wird, das einfacher
ist, eine geringere Baugröße aufweist
und weniger Kosten verursacht als die bekannten Systeme.
-
Erfindungsgemäß wird die
oben erwähnte Aufgabe
dadurch gelöst,
dass eine Anordnung vorgesehen wird, die eine Kraftfahrzeugsreibungskupplung
und ein Steuerungssystem dafür
umfasst, dass die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal ist das oben erwähnte Magnetventil ein druckproportionales Magnetventil
(d.h. ein Ventil, das dazu ausgelegt ist, einen kontrollierten Druck
abzugeben, der in Abhängigkeit
vom gelieferten elektrischen Strom variiert).
-
Auf
diese Weise wird das erfindungsgemäße System erheblich vereinfacht,
hat eine kleinere Baugröße und ist
billiger im Vergleich mit den bekannten Systemen. Insbesondere benötigt, wie
oben angegeben, das erfindungsgemäße System nicht die Verwendung
eines Positionssensors, was die Vorteile einer kleineren Baugröße und geringerer
Kosten mit sich bringt. Das Fehlen eines Positionssensors vereinfacht
das Vorsehen der hydraulischen Steuerungsmittel, die einfach aus
einem Hydraulikzylinder bestehen können, der im Gehäuse der
Reibungskupplung koaxial mit der Abtriebswelle angeordnet ist, wobei
der Kolben des Zylinders direkt das Betätigungselement der Kupplung
darstellt.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Anordnung
ist das durch die Reibungskupplung übertragene Drehmoment linear
von der an das Betätigungselement angelegten
Last und daher vom durch das Magnetventil gelieferten Druck abhängig. Daher
kann die Kupplung auf extrem einfache Art und Weise gesteuert werden.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, die lediglich als nicht
einschränkendes
Beispiel dienen. Es zeigt:
-
1 eine
schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems,
-
2 einen
vergrößerten Schnitt
einer Detailansicht von 1,
-
3 eine
Kurvendarstellung, welche die Charakteristik der Feder zeigt, die
einen Teil des Systems gemäß der vorliegenden
Erfindung bildet,
-
4 eine
Kurvendarstellung, welche die Charakteristik der Feder zeigt, die
in einem bekannten System eingesetzt wird, und
-
5 eine
Kurvendarstellung, welche die Einstellungscharakteristik des erfindungsgemäßen Systems
zeigt.
-
In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 1 allgemein eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung,
die ein Gehäuse 2,
eine Schwungscheibe 3, typischerweise gebildet durch das
Motorschwungrad, das mit der (nicht gezeigten) Motorwelle steif
verbunden ist und sich mit dieser dreht, sowie eine Abtriebswelle 4 umfasst,
die mittels eines Lagers 5 im Gehäuse 2 drehbar gelagert
ist und die Eingangswelle des Kraftfahrzeuggetriebes bildet. Gemäß dem Stand
der Technik ist in Rotation mit der Abtriebswelle 4 verbunden
eine Reibscheibe 6 montiert, die an ihrem äußeren Rand
mit zwei Reibbelägen 7 versehen
ist und über
einen Scheibendruckring 8 durch eine Tellerfeder 9 gegen
die Schwungscheibe 3 gedrückt wird. In 1 sind
die Teile über
und unter der Achse der Welle 4 jeweils im Arbeitszustand
bzw. im Ruhezustand der Feder 9 gezeigt. Die Feder 9 wird
von der Schwungscheibe 3 an einem mittleren Durchmesser bei 10 beweglich
gehaltert. Die Feder ist zum Drücken
des Scheibendruckrings 8 (siehe unterer Teil von 1)
in der Nähe
eines äußeren Durchmessers hiervon
ausgelegt, während
sie der Betätigung
eines Betätigungselements 12 bei 11 an
dessen innerem Durchmesser unterliegt.
-
Wie
in 2 klar zu sehen ist, wird das Betätigungselement 12 vom
Kolben eines Hydraulikzylinders gebildet, der direkt innerhalb des
Gehäuses 2 der
Reibungskupplung 1 koaxial mit der Abtriebswelle 4 angeordnet
ist. Genauer gesagt definiert das Gehäuse 2 der Reibungskupplung
eine zylindrische Kammer 13, innerhalb der der zylindrische
Körper des
Kolbens 12 verschiebbar angebracht ist. Der letztere endet
in einem ringförmigen
Flansch 14, der mittels eines Axialkugellagers 15 gegen
den Innendurchmesser der Tellerfeder 9 drückt. Im
Ruhezustand (unterer Teil von 2) legt
eine Feder 16 eine schwache Last an, die den Kolben 12 gegen
das Axialkugellager 15 und die Feder 9 hält.
-
Die
Druckkammer 13 des in die Reibungskupplung integrierten
Hydraulikzylinders kommuniziert durch einen Leitungskanal 17 mit
einem Verbindungselement 18 zur Herstellung einer Verbindung zu
einem Leitungskanal 19, der unter Druck stehendes Fluid
aufnimmt. Der Leitungskanal 19 kann mittels eines proportionalen
Magnetventils 22 selektiv mit einer mit einer Versorgungspumpe
verbundenen Leitung oder einer mit einem Auslassbehälter verbundenen
Leitung 21 verbunden werden, wobei das proportionale Magnetventil 22 zum
Liefern eines kontrollierten Drucks ausgelegt ist, der in Abhängigkeit vom
gelieferten elektrischen Strom variabel ist.
-
Im
Ruhezustand des Systems ist die Feder 9 in der im unteren
Teil der 1, 2 gezeigten
Position. In diesem Zustand drückt
die Feder die Reibscheibe 7 gegen die Schwungscheibe 3,
die dadurch eine Drehung der Abtriebswelle 4 verursacht.
Um ein Ausrücken
der Kupplung zu verursachen, wird die Kammer 13 des Hydraulikzylinders
mit unter Druck stehendem Fluid gefüllt, um so eine axiale Bewegung (in
der Zeichnung nach rechts) des Betätigungselements zu verursachen,
das durch den Kolben 12 gebildet wird, der dadurch in die
im oberen Teil der 1, 2 gezeigte
Position gebracht wird. In diesem Zustand drückt die Feder 9 nicht
länger
gegen die Reibscheibe 7, so dass die Übertragung des Drehmoments
von der Scheibe 3 auf die Welle 4 unterbrochen
ist.
-
Wie
schon angegeben, soll das Magnetventil 22 durch eine elektronische
Steuerungseinheit kontrolliert werden, um den Benutzeranforderungen
gerecht zu werden. Da der Fahrer die Reibungskupplung natürlich nicht
manuell und direkt kontrolliert, ist es notwendig sicherzustellen,
dass der an den Betätiger
weitergeleitete Druck automatisch auf die beste Weise eingestellt
wird, ohne dass dadurch ein ruckhaftes Ausrücken oder Einrücken der
Kupplung bewirkt wird.
-
Wie
ebenfalls angegeben, ist es bei den elektrohydraulischen Betätigungssystemen,
die bisher verwendet wurden, zum Erhalten dieses Ergebnisses notwendig,
einen Sensor zum Erfassen der Position des Betätigungselements einzusetzen,
so dass ein automatisches Steuerungssystem für die Kupplung vorgesehen werden
kann, das ohne Nachteile funktioniert. Die Notwendigkeit des Positionssensors
rührt daher,
dass die in den bekannten Systemen eingesetzte Feder eine Last/Auslenkungs-Charakteristik
des Typs hat, der in 4 der beiliegenden Zeichnungen
gezeigt ist, mit einer Spitze bei einer Last F0.
Wenn bei einer Feder dieses Typs die Last von 0 auf F0 ansteigt,
verformt sich die Feder, wonach sich die Feder ruckhaft in ihre
vollständig
verformte Endposition bewegt, nachdem die angelegte Last größer als
der Wert F0 wird. Wenn hiernach die Last
verringert wird, verbleibt die Feder in ihrer Endposition, bis die
Last niedriger als die Minimalwert F1 wird,
der in der Kurvendarstellung gezeigt ist. Bei den im Stand der Technik
eingesetzten Federn entspricht daher der jeweilige bestimmte Wert
der an die Feder angelegten Last nicht einer bestimmten Position
der Feder. Lediglich aus diesem Grund wird bei den derzeit eingesetzten
elektrohydraulischen Systemen zum Garantieren eines entsprechenden
Betriebs der Kupplung die Steuerungsfunktion auf der Grundlage von
Signalen ausgeführt, die
von einem Positionssensor geliefert werden, der dem Steuerungshydraulikzylinder
zugeordnet ist. Wie ebenfalls erwähnt, bedeutet der Positionssensor jedoch
nicht zu vernachlässigende
Kosten und eine entsprechende Baugröße, die das Anwenden einer einfachen
Lösung,
wie derjenigen schwierig macht, die stattdessen im erfindungsgemäßen System
angewendet wurde, bei der der hydraulische Steuerungszylinder in
die Reibungskupplung koaxial mit der Achse der Abtriebswelle integriert
ist, wobei der Kolben des Zylinders direkt das Federbetätigungselement
bildet. Diese Vereinfachung ist im Fall der vorliegenden Erfindung
deswegen möglich,
weil sie eine Tellerfeder nutzt, die eine Last/Auslenkungs-Charakteristik
(F/S) hat, die eine monoton ansteigende Funktion ist, wie in 3 gezeigt.
Dieses Ergebnis wird durch das Verwenden einer Feder erzielt, die
ein Verhältnis
h/t ≤ 1,4
hat, wobei h die axiale Abmessung der Feder im unverformten Zustand
und t die Dicke der Platte ist, welche die Feder bildet.
-
Aufgrund
der Verwendung einer Feder mit einer Charakteristik des in 3 gezeigten
Typs im erfindungsgemäßen System
entspricht jeder Wert der an die Feder angelegten Last einer einzigen
Position der Feder. Es ist daher möglich, das Betätigungselement
derart zu steuern, dass eine Überprüfung der Position
des Betätigungselements
zu jedem Zeitpunkt nicht notwendig ist, sondern indem einfach die an
die Feder angelegte Last, d.h. der an den Steuerungshydraulikzylinder
gelieferte Druck, gesteuert wird. Dieses Ergebnis kann vorteilhafterweise
unter der Verwendung des druckproportionalen Magnetventils 22 erreicht
werden. Außerdem
wird die Kontrolle des durch die Kupplung im erfindungsgemäßen System übertragenen
Drehmoments weiter vereinfacht, weil dieses Drehmoment linear von
der an das Betätigungselement 12 angelegten
Last abhängt
und daher mit dem gelieferten Druck in Zusammenhang steht. Dies
geht ganz klar aus 5 hervor, die eine Kurvendarstellung
der Variation der Last C, die durch die Feder 9 an den
Scheibendruckring 8 angelegt wird, (wobei diese Last linear
proportional zum übertragenen
Drehmoment ist) in Abhängigkeit
von der Variation der Last F zeigt, die durch das Betätigungselement 12 auf
die Feder 9 angewendet wird. Wie gezeigt ist, ist die Variation
der Last C linear.
-
5 zeigt
ebenfalls die Variation der Last D am Drehpunkt 10 der
Feder 9 in Abhängigkeit
von der Variation der Last F, die vom Betätigungselement 12 angelegt
wird.
-
Wie
aus der vorhergehenden Beschreibung klar hervorgeht, ist das erfindungsgemäße System durch
eine größere Einfachheit,
geringere Kosten und eine geringere Baugröße im Vergleich zu bisher hergestellten
Systemen des gleichen Typs gekennzeichnet.
-
Während das
Prinzip der Erfindung dasselbe bleibt, können natürlich die Einzelheiten der
Konstruktion und der Ausführungsformen
gegenüber dem
hier Gezeigten, das lediglich als Beispiel dient, stark variieren,
ohne dass dadurch vom Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen
wird.